鉭鈮酸鉀及相關(guān)復(fù)合材料的制備和機(jī)理研究.pdf

1、隨著激光和紅外技術(shù)的發(fā)展，熱釋電材料及其應(yīng)用的研究不斷深入，已用作熱釋電探測器和熱攝像管等器件，在工業(yè)生產(chǎn)、國防科技以及日常生活中都有廣泛的用途。陶瓷聚合物復(fù)合材料采用兩相復(fù)合，可兼具兩相材料的優(yōu)點(diǎn)，因而是熱釋電材料研究的熱點(diǎn)。鉭鈮酸鉀材料具有非凡的電光效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)，是一種非常有潛力的材料。針對鉭鈮酸鉀(KTN)材料較高的制備溫度始終障礙著材料的實(shí)用化，本文旨在探索KTN材料新的合成方法：低溫水熱、溶劑熱和混合溶劑熱法；并進(jìn)而探索制

2、備以KTN材料為基的熱釋電性能優(yōu)異的復(fù)合材料。為此重點(diǎn)從理論上唯象地探討提高0-3鐵電復(fù)合材料的熱釋電性能的可能途徑，并從微觀上討論了材料的極化機(jī)理，進(jìn)而預(yù)測了不同極化條件下0-3鐵電復(fù)合材料熱釋電、壓電性能的變化規(guī)律。
　　 本文探討了反應(yīng)條件溫和的新的制備工藝。采用水熱合成技術(shù)：水熱法、溶劑熱法和混合溶劑熱法制備KTN粉體，通過系統(tǒng)的大量實(shí)驗(yàn)優(yōu)化工藝最終成功制備了高純的KTN納米粉體，并比較深入地探討了其合成機(jī)理。我們發(fā)現(xiàn)混

3、合溶劑熱法是溫和條件下合成鐵電KTN納米材料的一種有效的新途徑；并且KOH濃度和溶劑組分對產(chǎn)物影響很大。XRD、SEM和TEM等分析表明混合溶劑熱法合成的典型樣品結(jié)晶度高，且為形狀規(guī)則、納米尺寸的單晶顆粒。晶粒尺寸增大時，KTN晶粒發(fā)生立方-四方相變。溶劑熱法和混合溶劑熱法的合成條件更溫和，主要是由于溶劑中的異丙醇形成了超臨界流體。采用熱壓法制備了KTN/P(VDF-TrFE)0-3復(fù)合材料，初步研究了其介電、鐵電和熱釋電性能。XRD和

4、SEM結(jié)果表明，材料無雜相，結(jié)晶良好，KTN粉體分布比較均勻、無大的團(tuán)聚。復(fù)合材料的介電常數(shù)較KTN陶瓷大大降低，室溫時約為100。通過涂覆法制備的KTN/P(VDF-TrFE)復(fù)合薄膜，KTN粉體分散均勻，界面結(jié)合狀態(tài)比熱壓工藝制備的塊材要好。為了尋求提高0-3復(fù)合材料的熱釋電性能的可能途徑，考慮組成相電導(dǎo)、測試頻率和次級熱釋電效應(yīng)，建立了0-3鐵電復(fù)合材料的熱釋電性能的新的綜合模型。由Maxwell方程和Laplace方程得到了邊界

5、條件，推導(dǎo)了初級和次級熱釋電系數(shù)的解析表達(dá)式。詳細(xì)研究了基體電導(dǎo)、測試頻率f對熱釋電性能的影響。理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合較好，因而我們的模型更全面。為了更好的理解0-3鐵電復(fù)合材料內(nèi)部的極化機(jī)理，研究了組成相電導(dǎo)對0-3鐵電復(fù)合材料的極化的影響。考慮電導(dǎo)后，建立了復(fù)合材料的熱釋電、壓電性能與極化條件關(guān)系的模型。模擬結(jié)果表明，適當(dāng)增大基體電導(dǎo) 能提高復(fù)合材料中陶瓷夾雜的極化，使得極化效率更高。與之相反，增大陶瓷夾雜電導(dǎo) 降低，因而不利于復(fù)合材料